Eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art wird in der AT 365 393 beschrieben. Der Hochspannungserzeuger besteht hier aus einem Transformator, dessen Primärwicklung aus einer Grundwicklungen und mehreren zuschaltbaren kleineren Teil- wicklungen besteht. Durch Zuschaltungen der Teilwicklungen zur Grundwicklung in Abhängigkeit von der Eingangs-Netz- spannung werden dabei mit sehr großer Genauigkeit Netzspan- nungsschwankungen durch entsprechend feine Justierungen des Übersetzungsverhältnisses des Transformators ausgeglichen.

Das Übersetzungsverhältnis des Hochspannungserzeugers wird hierbei wie üblich als das Verhältnis der Ausgangsspannung zur Eingangsspannung des Hochspannungserzeugers definiert.

Moderne Generatoren weisen zur Erzeugung der Röntgenröhren- spannung häufig Schaltungsanordnungen auf, bei denen die Netzfrequenz zunächst gleichgerichtet und dann wieder in eine hochfrequente Wechselspannung umgewandelt wird, welche schließlich auf die gewünschte Spannung transformiert wird. Derartige Generatoren werden auch als Hochfrequenzgeneratoren

bezeichnet. Gegenüber konventionellen Generatoren, bei denen die Hochspannung mit der vorliegenden Netzfrequenz zunächst transformiert, dann gleichgerichtet und schließlich der Rönt- genröhre zugeführt wird, hat eine solche Schaltungsanordnung den Vorteil, dass sie durch einen schnellen Regelkreis von Änderungen sowohl der Netzspannung als auch des Röhrenstroms nahezu unabhängig gemacht werden kann und daher die Röhren- spannung sehr gut reproduzierbar ist und konstant gehalten werden kann. Gegenüber den ebenfalls bekannten sogenannten Gleichspannungsgeneratoren, bei denen eine mit Netzfrequenz transformierte und gleichgerichtete Hochspannung mit Hilfe von Trioden fein geregelt wird, haben die Hochfrequenzgenera- toren den Vorteil eines relativ kleinen Bauvolumens und nied- rigerer Herstellungskosten. Diese Vorteile sind der Grund für den bevorzugten Einsatz solcher Schaltungsanordnungen in den heutigen Röntgengeneratoren.

Die Schaltungsanordnungen müssen hierbei so dimensioniert sein, dass sie über einem sehr großen Spannungsbereich eine konstante Leistung zur Verfügung stellen. Üblicherweise reicht der bei Röntgenröhren in der medizinischen Diagnostik genutzte Spannungsbereich von 40 kV bis 150 kV. Um über die- sen Bereich eine konstante Leistung abzugeben, muss der Strom bei dem untersten Spannungswert von 40 kV nahezu viermal so hoch sein wie bei einer Einstellung am obersten Grenzbereich von 150 kV.

Der Hochspannungserzeuger muss dabei in seinem Übersetzungs- verhältnis so gewählt werden, dass die höchste geforderte Röhrenspannung bei einer durch die zur Verfügung stehende Netzspannung gegebenen Zwischenkreisspannung erreicht wird.

Wird davon ausgegangen, dass die effektive Spannung nahe der Wechselrichterschaltung in etwa der Zwischenkreisspannung entspricht und dass der Hochspannungserzeuger so ausgeführt ist, dass durch eine geeignete, dem Transformator nachge- schaltete Gleichrichterschaltung eine Spannungsverdopplung

erreicht wird, so ergibt sich für das Übersetzungsverhältnis ü des Transformators des Hochspannungserzeugers : <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Ut (1)<BR> <BR> <BR> <BR> 2-UdC wobei Ut, dite gleichgerichtete Zwischenkreisspannung und Ut die an der Röntgenröhre anliegende, gleichgerichtete Hoch- spannung ist.

Bei einem gewünschten Röhrenstrom It ist damit folglich die mittlere Strombelastung Iavg WR für die Primärseite des Hoch- spannungserzeugers und für die davor geschaltete Wechselrich- terschaltung IavgWR=I-2 ü (2) Daraus ist ersichtlich, dass bei einer konstanten Ausgangs- leistung Pt = Ut-It der Schaltungsanordnung der Wechselrichter mit einem hohen Strom belastet ist, und zwar insbesondere dann, wenn die Röntgenröhrenspannung Ut relativ niedrig ein- gestellt ist. Dies hat zur Folge, dass der Wechselrichter mit seinen passiven Bauteilen und Leistungshalbleitern sowie der Zwischenkreis und der Hochspannungserzeuger für diese Ströme ausgelegt werden müssen. Neben höheren Kosten für die Bautei- le führt dies dazu, dass neben der Wirkleistung auch viel Blindleistung im Wechselrichter und Transformator verarbeitet wird.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Alter- native zu dem genannten Stand der Technik zu schaffen, die diese Nachteile vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung der ein- gangs genannten Art gelöst, welche durch eine Umschaltein- richtung und eine Steuerung zur automatischen Umschaltung des

Betriebszustands des Hochspannungserzeugers in Abhängigkeit von einem gewählten Arbeitspunkt der Röntgenröhre gekenn- zeichnet ist. Verfahrensmäßig wird die Aufgabe dadurch ge- löst, dass der Hochspannungserzeuger bei einer Einstellung der Röntgenröhre auf einen gewünschten Arbeitspunkt in einen Betriebszustand geschaltet wird, in dem der Hochspannungser- zeuger ein dem betreffenden Arbeitspunkt zugeordnetes Über- setzungsverhältnis aufweist.

Durch die automatische Umschaltung des Hochspannungserzeugers auf verschiedene Betriebszustände mit unterschiedlichen Über- setzungsverhältnissen in Abhängigkeit vom Arbeitspunkt der Röntgenröhre kann eine optimale Anpassung an die jeweilige Last erreicht werden. Daher ist es nicht mehr notwendig, den Zwischenkreis, die Wechselrichterschaltung sowie den Trans- formator für die oben genannten hohen Ströme auszulegen.

Die abhängigen Ansprüche enthalten jeweils besonders vorteil- hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Eine Einstellungsmöglichkeit des Übersetzungsverhältnisses des Hochspannungserzeugers kann auf verschiedene Weise reali- siert werden.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst der Hochspannungserzeuger einen Transformator, welcher pri- mär-und/oder sekundärseitig eine Mehrzahl von Teilwicklungen aufweist. Zum Umschalten in einen bestimmten Betriebszustand mit einem bestimmten Übersetzungsverhältnis werden dann die Teilwicklungen passend beschaltet bzw. zusammengeschaltet.

Hierzu weist die Schaltungsanordnung-vorzugsweise auch als Teil des Hochspannungserzeugers-eine entsprechende Um- schalteinrichtung auf.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Hochspannungserzeuger einen Transformator mit zumindest einer Primärwicklung und/oder zumindest einer Sekundärwicklung mit

einer Mehrzahl von Anzapfungen auf. Hierbei werden dann zum Umschalten in einen Betriebszustand mit einem bestimmten Übersetzungsverhältnis die Anzapfungen passend-auf der Pri- märseite mit der Primärspannung bzw. auf der Sekundärseite zum Abgriff der Sekundärschaltung-beschaltet. Auch hierzu weist die Schaltungsanordnung eine entsprechende Umschaltein- richtung, vorzugsweise ebenfalls als Teil des Hochspannungs- erzeugers, auf.

Weiterhin ist es möglich, die beiden Methoden zu kombinieren, d. h. sowohl mit zusammenschaltbaren Teilwicklungen als auch mit Anzapfungen zu arbeiten, wobei vorzugsweise sämtliche Schaltvorgänge zum Einschalten eines bestimmten Betriebszu- stands durch eine einzige Umschalteinrichtung durchgeführt werden.

Besonders bevorzugt ist der Arbeitsbereich der Röntgenröhre in mehrere Teilarbeitsbereiche unterteilt. Den einzelnen Teilarbeitsbereichen werden dann bestimmte Betriebszustände des Hochspannungserzeugers mit bestimmten Übersetzungsver- hältnissen zugeordnet. Der Hochspannungserzeuger wird dann jeweils in den Betriebszustand geschaltet, der dem Teilar- beitsbereich zugeordnet ist, in den der eingestellte Arbeits- punkt der Röntgenröhre fällt.

Eine solche erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Erzeu- gung einer Röntgenröhrenspannung kann prinzipiell in jeden herkömmlichen Röntgengenerator eingesetzt werden, unabhängig davon, wie der Röntgengenerator bezüglich seiner weiteren Komponenten wie beispielsweise der Regeleinrichtungen, der verschiedenen Messeinrichtungen oder der Heizstromversorgung aufgebaut ist.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beige- fügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Aus den beschriebenen Beispielen sowie den

Zeichnungen ergeben sich weitere Vorteile, Merkmale und Ein- zelheiten der Erfindung. Es zeigen : Figur 1 eine Prinzipskizze einer Schaltungsanordnung zur Er- zeugung einer Röntgenröhrenspannung nach dem Stand der Tech- nik, Figur 2 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Schal- tungsanordnung zur Erzeugung einer Röntgenröhrenspannung ge- mäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Figur 3 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Schal- tungsanordnung zur Erzeugung einer Röntgenröhrenspannung ge- mäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Figur 1 zeigt in einem Blockschema die typischen Komponenten und ihre Verschaltung, wie sie in einem heutzutage üblicher- weise verwendeten Hochfrequenz-Röntgengenerator zur Erzeugung der Hochspannung für eine Röntgenröhre verwendet werden.

Hierzu gehört netzeingangsseitig eine Netzeingangsschaltung 1, welche aus der zwei-oder dreiphasigen Eingangsspannung eine gleichgerichtete Zwischenkreisspannung Udc erzeugt. Die- se gleichgerichtete Zwischenkreisspannung Udc wird dann auf den Eingang einer Wechselrichterschaltung 2 gegeben, welche die Zwischenkreisspannung Udc in eine hochfrequente Wechsel- spannung umwandelt. In dem in Figur 1 dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel ist ein Rechteckwechselrichter gezeigt. Anstel- le eines solchen Rechteckwechselrichters werden oft auch Schwingkreiswechselrichter eingesetzt.

Die am Ausgang der Wechselrichterschaltung 2 vorliegende, hochfrequente Wechselspannung wird dann an einen Hochspan- nungserzeuger 6 weitergeleitet, welcher im Wesentlichen aus einem Transformator 3 und einer dem Transformator 3 sekundär- seitig nachgeschalteten Gleichricht-und Glättungseinrichtung 4 besteht. Die Gleichricht-und Glättungseinrichtung 4 ist

häufig als Verdopplerschaltung ausgeführt. Die am Ausgang des Hochspannungserzeugers 6 anliegende, gleichgerichtete Hoch- spannung Ut wird dann an die Röntgenröhre 5 angelegt.

Eine Regelung erfolgt üblicherweise derart, dass der an der Röntgenröhre 5 anliegende Wert der Hochspannung Ut als Ist- wert einem Regler (nicht dargestellt) zugeführt wird, dort mit einem vom Bediener des Röntgengeräts vorgegebenen Span- nungssollwert verglichen wird und entsprechend ein Korrektur- wert erzeugt wird, der beispielsweise als Stellgröße an die Wechselrichterschaltung gegeben wird, so dass dort entspre- chend die Frequenz und damit letztlich die Hochspannung in der gewünschten Weise verändert wird.

Der Transformator muss in seinem Übersetzungsverhältnis ü so gewählt werden, dass bei einer durch die letztlich aus dem Netz vorgegebene Zwischenkreisspannung Udc die höchste gefor- derte Röhrenspannung Ut erreicht wird. Sofern die Gleich- richt-und Glättungseinrichtung 4 als Verdopplerschaltung ausgebildet ist, ist das notwendige Übersetzungsverhältnis ü durch die eingangs genannte Formel (1) gegeben.

Im folgenden Rechenbeispiel wird davon ausgegangen, dass die Spannungsversorgung der Röntgenröhre 5 über einen Spannungs- bereich zwischen 40 und 160 kV eine konstante Leistung von 40 kW zur Verfügung stellen muss. Der Wert 160 kV wird hier- bei lediglich der leichteren Rechnung wegen für dieses Bei- spiel gewählt. Bei 40 kV beträgt dann der maximale Strom In maux der an der Röntgenröhre zur Verfügung stehen muss 1 A.

Wird weiterhin davon ausgegangen, dass als gleichgerichtete Zwischenkreisspannung Udc = 500 V zur Verfügung stehen, er- gibt sich aus Formel (1) für das erforderliche Übersetzungs- verhältnis ü des Transformators 3 : <BR> <BR> <BR> ü= 160kV =160<BR> <BR> <BR> <BR> (2-500V)

Nur mit diesem Übersetzungsverhältnis ü kann bei der gegebe- nen Eingangsspannung die maximale Röntgenröhrenspannung von 160 kV erreicht werden.

Gemäß Formel (2) ergibt sich bei einem solchen Übersetzungs- verhältnis ü = 160 und bei einem maximalen Strom Itmax = 1 A an der Röntgenröhre für die maximale Strombelastung lavgwp auf der Primärseite des Transformators und des Wechselrichters : Iavg WR max = It max#2#ü=1A#2#160=320A (4) Wie die Figuren 2 und 3 zeigen, sind die erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen in ähnlicher Weise aufgebaut wie die bekannte Schaltungsanordnung gemäß Figur 1. Auch sie weisen jeweils eine Netzeingangsschaltung 1, eine dieser nachge- schaltete Wechselrichterschaltung 2 sowie einen daran an- schließenden Hochspannungserzeuger 6 mit einem Transformator 3 und einer Gleichricht-und Glättungseinrichtung 4 auf, wel- che ausgangsseitig wiederum an die Röntgenröhre 5 angeschlos- sen ist.

Die Netzeingangsschaltung 1, die Wechselrichterschaltung 2 sowie die Gleichricht-und Glättungseinrichtung 4 können hierbei genau wie bei den aus dem Stand der Technik bekannten Schaltungsanordnungen aufgebaut sein. So kann es sich bei der Wechselrichterschaltung um eine beliebige Rechteckwechsel- richterschaltung oder Schwingkreiswechselrichterschaltung handeln. Ebenso kann es sich bei der Gleichricht-und Glät- tungseinrichtung 4 um eine übliche, dem Fachmann bekannte Schaltung, beispielsweise um eine Verdopplerschaltung nach Villard oder nach Delon handeln. Weiterhin kann die Regelung der gesamten Schaltung auch nach den üblichen Verfahren er- folgen.

Ein wesentlicher Unterschied zum Stand der Technik gemäß Fi- gur 1 ist jedoch, dass der Hochspannungserzeuger 6 hier der-

art aufgebaut ist, dass er zwischen mehreren Betriebszustän- den mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen umgeschaltet werden kann.

In den Figuren 2 und 3 ist dies jeweils dadurch realisiert, dass der Hochspannungstransformator 3 entweder primärseitig (Figur 2) oder sekundärseitig (Figur 3) eine Wicklung mit ei- ner Mehrzahl von Anzapfungen 8,9 aufweist.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 befindet sich dann auf der Primärseite des Transformators 3 eine Umschaltein- richtung 7, hier durch einen einfachen Drehschalter symboli- siert, mit dem die Primärspannung, d. h. die von dem Wechsel- richterschalter 2 kommende Hochfrequenzspannung, entsprechend an die gewünschte Anzapfung 8 der Primärspule gelegt wird, um so das Übersetzungsverhältnis ü einzustellen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 findet sich eine gleichartige Umschalteinrichtung 7 auf der Sekundärseite, mit der entsprechend dem gewünschten Übersetzungsverhältnis des Transformators 3 die Sekundärspannung, welche auf die Gleichricht-und Glättungseinrichtung 4 gegeben wird, an den Anzapfungen 9 abgegriffen wird.

Die Umschalteinrichtungen 7 sind bei beiden Ausführungsbei- spielen gemäß den Figuren 2 und 3 jeweils Bestandteil des Hochspannungserzeugers 6. Vorzugsweise handelt es sich hier- bei um prozessorgesteuerte Umschalteinrichtungen, beispiels- weise um Schütze 7, welche automatisch von einer Steuerung 10 angesteuert werden. Diese Ansteuerung geschieht arbeitspunkt- abhängig, d. h. in Abhängigkeit von dem jeweils eingestellten Arbeitspunkt der Röntgenröhre 5. Die Steuerung 10 erhält hierzu beispielsweise als Eingangswerte den nominalen Rönt- genröhrenstrom It, nom und die nominale Röntgenröhrenspannung Ut, nom und gibt an die Schütze 7 ein Umschaltsignal S als Funk- tion f (It, nom. Ut, nom des nominalen Röntgenröhrenstrom Itnom und der nominalen Röntgenröhrenspannung Ut, nom aus. Die Funktion

kann im Prinzip beliebig festgelegt werden. So kann z. B. ein Umschaltsignal S bei Über-bzw. Unterschreiten einer vorgege- benen Leistung und/oder bei Über-bzw. Unterschreiten einer vorgegebenen Spannung und/oder bei Über-bzw. Unterschreiten eines vorgegebenen Stroms ausgegeben werden. Insbesondere kann auch die Funktion f (It, nom, Ut, nom) zur Ausgabe des Um- schaltsignals S in Abhängigkeit vom nominalen Röntgenröhren- strom It, nom und von der nominalen Röntgenröhrenspannung Ut, nom in Form eines Kennfelds in der Steuerung 10 hinterlegt sein.

Hierzu wird der Arbeitsbereich der Röntgenröhre 5 in Teilar- beitsbereiche unterteilt und den einzelnen Teilarbeitsberei- chen jeweils einer der Betriebszustände des Hochspannungser- zeugers 6 bzw. des Transformators 3 mit einem bestimmten Übersetzungsverhältnis zugeordnet, welcher am besten zu dem jeweiligen Teilarbeitsbereich passt.

Die Steuereinrichtung sorgt dann dafür, dass mittels der Um- schalteinrichtung automatisch der Hochspannungserzeuger 6 je- weils in den Betriebszustand geschaltet wird, der dem Teilar- beitsbereich zugeordnet ist, in den der eingestellte Arbeits- punkt der Röntgenröhre fällt.

Auf diese Weise kann die maximale Strombelastung für die Pri- märseite des Transformators sowie für die Wechselrichter- schaltung 2 erheblich verringert werden.

Dies wird an folgendem Vergleichsbeispiel gezeigt, welches wie bei dem oben genannten Rechenbeispiel betreffend eine herkömmliche Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 von einem Spannungsbereich für die Röntgenröhrenspannung Ut von 40 bis 160 kV und von einer aufrechtzuerhaltenden Leistung Pt an der Röntgenröhre von 40 kW ausgeht.

In dem folgenden Rechenbeispiel wird dabei der einfacheren Rechnung wegen davon ausgegangen, dass der Arbeitsbereich nur in zwei Stufen aufgeteilt wird, wobei die untere Stufe von 40

bis 80 kV und die obere Stufe von 80 bis 160 kV reicht. Dem- entsprechend reicht es aus, wenn der Hochspannungserzeuger zwischen zwei Betriebszuständen hin-und hergeschaltet werden kann. Für die Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 2 und 3 würde dies bedeuten, dass lediglich primärseitig oder sekun- därseitig zusätzlich zu den üblichen Eingängen der Transfor- matorspule nur eine passend angeordnete Anzapfung erforder- lich ist.

Um die gewünschte Leistung Pt = 40 kW an der Röntgenröhre zu gewährleisten, muss im unteren Arbeitsbereich mit einer Rönt- genröhrenspannung Ut von 40 bis 80 kV ein maximaler Röhren- strom Itmaxa = 1 A zur Verfügung stehen. Im oberen Arbeitsbe- reich der Röntgenröhrenspannung Ut von 80 bis 160 kV reicht es aus, wenn der maximale Röhrenstrom Itmax b = 0, 5 A beträgt.

Für den unteren Arbeitsbereich bis 80 kV ergibt sich für das benötigte Übersetzungsverhältnis üa des zugehörigen Betriebs- zustands des Hochspannungserzeugers 6 : <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> üa=80kV=80 (5)<BR> <BR> <BR> (2 # 500V) Hieraus ergibt sich gemäß Formel (2) für den maximalen Strom auf der Primärseite des Transformators : Iavg WE max a = It max a#2#üa=1A#2#80=160A (6) Im oberen Arbeitsbereich zwischen 80 kV und 160 kV ergibt sich für das benötigte Übersetzungsverhältnis üb des zugeord- neten Betriebszustands des erfindungsgemäßen Hochspannungser- zeugers 6 gemäß Formel 1 : <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> üb 160kV =160 (7)<BR> <BR> <BR> <BR> (2#500V) Bei einem solchen Übersetzungsverhältnis ergibt sich unter Berücksichtigung des in diesem Arbeitsbereich maximal erfor-

derlichen Röntgenröhrenstroms Itmax = 0,5 A gemäß Formel 2 für die maximale primärseitige Strombelastung des Transforma- tors : Iavg WR max b = It max b#2#üb = 0,5A#2#160=160A (8) In beiden Arbeitsbereichen liegt folglich die maximale Strom- belastung auf der Primärseite bei nur 160 A, wogegen gemäß Formel (4) bei einer herkömmlichen Schaltungsanordnung die maximale Strombelastung auf der Primärseite 320 A beträgt. Es ist klar, dass die maximale Strombelastung auf der Primärsei- te noch geringer gehalten werden kann, wenn entsprechend eine feinere Aufteilung des Gesamtarbeitsbereichs der Röntgenröhre in mehrere Teilarbeitsbereiche erfolgt.

Die Reduzierung der maximalen Strombelastung hat den Vorteil, dass der Wechselrichter und insbesondere die dort verwendeten Leistungshalbleiter und passiven Bauteile sowie der Zwischen- kreis und der Transformator nur für einen geringeren Strom ausgelegt werden müssen. Daher können kostengünstigere Bau- teile verwendet werden.

Es wird noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den in den Figuren dargestellten Schaltungen nur um Ausführungs- beispiele handelt und für den Fachmann eine Vielzahl von Va- riationsmöglichkeiten zur Realisierung einer erfindungsgemä- ßen Schaltungsanordnung bestehen.